CN212062998U - 一种半导体激光器阵列封装模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型保护一种半导体激光器阵列封装模组，包括光窗和两个激光阵列子模组；激光阵列子模组包括基座、二级热沉和多个激光芯片；两个激光阵列子模组相对设置，并通过基座彼此连接在一起，以使光窗与两个基座构成一封闭空间，两个激光阵列子模组的多个激光芯片位于封闭空间的内部，各边发射型激光器巴条彼此平行设置，并皆朝向光窗发射激光。该技术方案一方面省略了两个独立的激光阵列模组组合时各自的额外两个盖板，另一方面无需添加额外的反射镜等用于实现光路组合压缩的光学元件，从而在获得高能量密度的输出光的同时，降低了工艺难度。

Description

一种半导体激光器阵列封装模组

技术领域

本实用新型涉及光源技术领域，特别是涉及一种半导体激光器阵列封装模组。

背景技术

近年来，随着对半导体激光器芯片的封装要求越来越高，除了寿命、可靠性、功率和效率等以外，对激光器设计外形、体积、集成度方面也进一步提高。

由于现阶段垂直腔面发射的激光器在功率、波长等方面的劣势，使其未适于用在大功率照明的应用环境下，因此，主要采用边发射激光器作为照明光源的激发光源。早年间，为了获得大功率的输出光，通常采用由多颗半导体激光器组装成的激光模组(一般称为激光Bank)，然而各个单颗半导体激光器之间的间距太大，导致整个激光模组体积较大，需要通过复杂的光路设计对光斑阵列进行压缩。为了减小激光模组体积，获得能量密度更高的出射光，有技术方案将多个边发射半导体激光器与45°反射镜封装在一个密封结构中，利用光路的反射得到“面发射”的结构，相当于在激光模组的内部完成了光斑压缩。然而，该技术方案大大降低了密封腔内部的激光芯片的集成度，且增加了反射镜器件的粘结工艺，并将光路对准的高精度要求引入到了激光模组内部，使得工艺复杂程度提高。

因此，需要一种高集成度、工艺简单的半导体激光器阵列封装模组。

实用新型内容

针对上述现有技术的半导体激光器阵列结构工艺复杂、集成度低的缺陷，本实用新型提供一种高集成度、工艺简单的半导体激光器阵列封装模组，包括光窗和两个激光阵列子模组；所述激光阵列子模组包括基座、二级热沉和多个激光芯片，各所述激光芯片包括陶瓷底座及边发射型激光器巴条，所述多个激光芯片通过所述陶瓷底座连接于所述二级热沉上，所述二级热沉设置于所述基座上；所述两个激光阵列子模组相对设置，并通过所述基座彼此连接在一起，以使所述光窗与两个所述基座构成一封闭空间，所述两个激光阵列子模组的所述多个激光芯片位于所述封闭空间的内部，各所述边发射型激光器巴条彼此平行设置，并皆朝向所述光窗发射激光。

在一个实施方式中，所述基座包括基座底板和基座侧壁，所述二级热沉设置于所述基座底板上，所述基座侧壁在所述基座底板上形成半包围结构，并与所述光窗将所述多个激光芯片包围在中间，所述两个激光阵列子模组于所述基座侧壁的顶部表面连接。

在一个实施方式中，所述两个激光阵列子模组通过玻璃焊料密封焊接。

在一个实施方式中，所述玻璃焊料为PbO-B₂O₃-SiO₂-R₂O，其中，R为Li、Na或K。

在一个实施方式中，所述两个激光阵列子模组对称设置。

在一个实施方式中，所述基座的材质为碳化硅、氮化铝或氧化铝。

在一个实施方式中，所述基座的远离所述二级热沉的一侧设有散热结构。

在一个实施方式中，所述二级热沉为铜基板，所述基座的内部底面设有金属焊盘层，所述二级热沉与所述金属焊盘层通过金属焊料焊接。

在一个实施方式中，所述光窗的材质为蓝宝石、石英或玻璃。

在一个实施方式中，所述基座的内部设有导电通道，所述两个激光阵列子模组的所述多个激光芯片通过所述导电通道电连接。

与现有技术相比，本实用新型包括如下有益效果：通过将两个激光阵列子模组组合在一起，并使得两个底座构成封装模组的外壳，将各激光芯片封闭在内部，一方面省略了两个独立的激光阵列模组组合时各自的额外两个盖板，另一方面无需添加额外的反射镜等用于实现光路组合压缩的光学元件，从而在获得高能量密度的输出光的同时，降低了工艺难度。

附图说明

图1为本实用新型的半导体激光器阵列封装模组的结构示意图立体图；

图2为本实用新型的半导体激光器阵列封装模组的结构示意图正视图；

图3为本实用新型的半导体激光器阵列封装模组的激光阵列子模组的结构示意图立体图；

图4为本实用新型的半导体激光器阵列封装模组的激光阵列子模组的结构示意图正视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例进行详细说明。本实用新型提供的附图仅为示例性附图，用于说明各个部件之间的位置关系，不代表实际产品的比例大小关系。

请参见图1和图2，为本实用新型的半导体激光器阵列封装模组的结构示意图，半导体激光器阵列封装模组包括光窗300和两个激光阵列子模组(第一激光阵列子模组100和第二激光阵列子模组200)。

由于两个激光阵列子模组结构相似，因此以图3和图4所示的第一激光阵列子模组100为例进行描述，第二激光阵列子模组200的结构可以参照第一激光阵列子模组。

如图所示，第一激光阵列子模组100包括基座101、二级热沉102和多个激光芯片103。其中，激光芯片包括边发射型激光器巴条1032及用于承载该激光器巴条的陶瓷底座1031，各激光芯片103通过其陶瓷底座1031连接于二级热沉102上，二级热沉设置于基座上。各发射型激光器巴条彼此平行设置，且出射光方向一致。

第一激光阵列子模组100与第二激光阵列子模组200相对设置，并通过基座彼此连接在一起，以使光窗300与两个基座共同构成一封闭空间，每个激光阵列子模组不再需要额外的盖板对激光芯片进行密封，既减小了体积，又使得两组激光芯片可以更加靠近。两个激光阵列子模组的激光芯片位于封闭空间的内部，从而避免外界的灰尘、水汽接触到激光芯片。第一激光阵列子模组100和第二激光阵列子模组200的激光芯片的边发射型激光器巴条彼此平行设置，并皆朝向光窗300发射激光，使得光从激光器巴条出射后无需经过额外光学元件的引导。

在本实施例中，光窗的材质为蓝宝石，其对可见光的透过率良好，而且具有良好的导热性能和机械性能。进一步地，可以在光窗的内外表面镀增透膜以提高光透过率。

在本实用新型中，光窗还可以为石英或玻璃。此外，光窗的材料可以根据激光芯片103的出光特性而进行材料的选择，例如，当激光芯片为红外半导体激光芯片时，光窗应选择对该红外波段透过性较好的材质。在本实用新型的其他实施方式中，光窗还可以是透明或半透明的光致发光材料，例如荧光陶瓷晶体，能够将激光芯片发出的激光至少部分地转换为其他波长的光。

请继续参见图3和图4，基座101包括基座底板1011和基座侧壁1012，二级热沉102设置于基座底板1011上，基座侧壁1012在基座基板1011上形成半包围结构(类似于一个扶手沙发的结构)，并与光窗将多个激光芯片103包围在中间。以激光芯片103的发射方向为前方，则基座侧壁1012位于激光芯片的左右两侧及后方。在本实施例中，基座底板1011和基座侧壁1012实际为一体成型的结构，为了描述方便，根据位置的不同进行名称区分，并非限定两者为彼此独立的两个结构；可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，基座底板与基座侧壁也可以是彼此独立的两个结构，可以通过粘接、焊接等方式连接。

在图1和图2中，第一激光阵列子模组100与第二激光阵列子模组200于基座侧壁的顶部表面连接，即如图3和图4中的10121所示位置。连接方式优选为通过玻璃焊料10122密封焊接。在本实用新型的一个实施方式中，玻璃焊料10122为PbO-B₂O₃-SiO₂-R₂O，其中，R为Li、Na或K，该玻璃焊料的封装温度为200℃～350℃，不会对基座本身及基座承载的二级热沉和激光芯片产生破坏。

在本实施例中，两个激光阵列子模组对称设置，相当于将第二激光阵列子模组倒扣在第一激光阵列子模组上。该技术方案有利于使得激光阵列子模组可以模块化生产，既可以应用于单独的激光阵列中，也可以如本技术方案般组合后使用。

在本实施例中，基座的材质为陶瓷材料。优选地，该陶瓷材料可以选自碳化硅、氮化铝或氧化铝。陶瓷材料的基座一方面可以具有良好的导热性，另一方面具有一定的绝缘性，避免电路短路。陶瓷材料的基座可以通过叠层共烧的技术制得。

在本实施例中，二级热沉102为铜基板，为提高二级热沉102与基座101的连接稳定性，基座101的内部底面设有金属焊盘层1013，二级热沉102与金属焊盘层1013通过金属焊料连接。

为进一步提高散热性能，在本实用新型的一个实施方式中，基座101的远离二级热沉102的一侧设有散热结构。该散热结构可以为散热鳍片结构，可以为主动制冷芯片，还可以为其他额外添加的散热器件。

在本实施例中，半导体激光器阵列封装模组的主要热源为激光芯片，激光芯片产生的热量经其陶瓷底座传导至二级热沉，然后由二级热沉传导至基座。由于基座与光窗共同构成了对激光芯片的密封，且基座占主要作用(如实施例所示封闭了六面体的五个面)，使得激光芯片产生的热量得以在各个方向进行发散，大大增加了散热面积，提高了散热效率。

在本实施例中，基座101的内部设有导电通道1014。导电通道1014贯通基座101，并分别在封闭空间内外形成导电平台。从导电平台引导金线104至激光芯片103，各激光芯片103之间也通过金线104实现串联。为便于导电平台的设置，本实施例中，基座侧壁1012上形成了台阶结构，将导电平台设置于该台阶结构上。

在本实施例中，采用陶瓷材质的基座101，并以基座的导电通道内的导电金属(如钨)进行电流传导，利用该陶瓷与导电金属的导电率差异，避免了额外埋设绝缘导电管道，降低了结构的复杂性。

在本实施例中，第一激光阵列子模组100与第二激光阵列子模组200的电路是彼此不通的，可以分别独立控制开关及电流大小。在本实用新型的其他实施方式中，两个激光阵列子模组通过导电通道电连接，实现对所有激光芯片的串联，从而可以同时控制激光芯片的开关及功率大小。

具体地，可以在两个激光阵列子模组的同一侧基座的导电平台之间设置金线，或者建立联通的导电通道，则两个激光阵列子模组的另一侧基座的导电平台可分别作为正负极引脚。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，包括光窗和两个激光阵列子模组；

所述激光阵列子模组包括基座、二级热沉和多个激光芯片，各所述激光芯片包括陶瓷底座及边发射型激光器巴条，所述多个激光芯片通过所述陶瓷底座连接于所述二级热沉上，所述二级热沉设置于所述基座上；

所述两个激光阵列子模组相对设置，并通过所述基座彼此连接在一起，以使所述光窗与两个所述基座构成一封闭空间，所述两个激光阵列子模组的所述多个激光芯片位于所述封闭空间的内部，各所述边发射型激光器巴条彼此平行设置，并皆朝向所述光窗发射激光。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述基座包括基座底板和基座侧壁，所述二级热沉设置于所述基座底板上，所述基座侧壁在所述基座底板上形成半包围结构，并与所述光窗将所述多个激光芯片包围在中间，所述两个激光阵列子模组于所述基座侧壁的顶部表面连接。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述两个激光阵列子模组通过玻璃焊料密封焊接。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述玻璃焊料为PbO-B₂O₃-SiO₂-R₂O，其中，R为Li、Na或K。

5.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述两个激光阵列子模组对称设置。

6.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述基座的材质为碳化硅、氮化铝或氧化铝。

7.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述基座的远离所述二级热沉的一侧设有散热结构。

8.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述二级热沉为铜基板，所述基座的内部底面设有金属焊盘层，所述二级热沉与所述金属焊盘层通过金属焊料焊接。

9.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述光窗的材质为蓝宝石、石英或玻璃。

10.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列封装模组，其特征在于，所述基座的内部设有导电通道，所述两个激光阵列子模组通过所述导电通道电连接。

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